第七章 CAPP系统设计-wu

1、第七章第七章 CAPP的系统设计、开发、应用及的系统设计、开发、应用及 维护维护 本章学习目标本章学习目标 1 1 2 2 3 3 4 4 4 4 5 5 主要学习内容主要学习内容 3 v1 CAPP系统设计概述 v2 CAPP系统设计步骤 v3 基于派生原理的CAPP系统设计 v4 回转类零件半创成式CAPP系统设计 v5 箱体类零件半创成式CAPP系统设计 v6 CAPP系统的应用和维护 1 1、CAPPCAPP系统设计概述系统设计概述 1.CAPP1.CAPP系统的功能系统的功能 计算机辅助工艺设计是应用计算机来自动或交互生成零计算机辅助工艺设计是应用计算机来自动或交互生成零 件的工艺，

2、而件的工艺，而CAPPCAPP系统是自动或交互式生成零件工艺系统是自动或交互式生成零件工艺 的软件系统，它能在读取零件的制造特征后生成和输出的软件系统，它能在读取零件的制造特征后生成和输出 零件的工艺规程，以及供零件的工艺规程，以及供NCNC程序编制用的零件加工过程序编制用的零件加工过 程及部分参数。程及部分参数。 2.CAPP2.CAPP系统开发存在的问题系统开发存在的问题 由于零件及加工环境的千差万别，很难用一种通用的由于零件及加工环境的千差万别，很难用一种通用的 CAPPCAPP软件满足各不相同的制造对象，所以软件满足各不相同的制造对象，所以CAPPCAPP软件的软件的 实用化在现实条件

3、下还存在相当难度。同时，一个企业实用化在现实条件下还存在相当难度。同时，一个企业 中，随环境的变化，工艺也会随之改变。中，随环境的变化，工艺也会随之改变。 3.CAPP3.CAPP系统开发系统开发 针对企业应用，开发合适的针对企业应用，开发合适的CAPPCAPP系统。系统。 （1 1）CAPPCAPP系统类型系统类型 1 1） 交互型交互型 2 2）变异型（）变异型（派生型、修订型派生型、修订型） 3 3） 创成型创成型 4 4） 综合型（综合型（半创成型半创成型） 5 5） 智能型（智能型（专家系统专家系统） 1 1）交互型）交互型CAPPCAPP系统系统组成组成 1 1）交互型）交互型CA

4、PPCAPP系统系统工作流程工作流程 2 2）派生型）派生型CAPPCAPP系统系统 3 3）创成型）创成型CAPPCAPP系统系统 4 4）综合型）综合型CAPPCAPP系统系统 5 5）智能型）智能型CAPPCAPP系统系统 （2 2）CAPPCAPP系统的组成系统的组成 1 1、 输入输入 2 2、数据文件或数据库、数据文件或数据库 3 3、 工艺生产工艺生产 4 4、 工序图绘制工序图绘制 5 5、 输出输出 6 6、 工艺规程排印工艺规程排印 2、CAPP系统设计步骤系统设计步骤 计算机应用程序，按程序量的大小，可以分为小、中、计算机应用程序，按程序量的大小，可以分为小、中、 大和特

5、大规模几个等级。一般功能比较齐全的大和特大规模几个等级。一般功能比较齐全的CAPPCAPP系系 统属于中等规模软件，程序量在统属于中等规模软件，程序量在1 1万到万到1010万行之间。万行之间。 1.CAPP1.CAPP系统的程序量系统的程序量 2.CAPP2.CAPP系统的开发思想系统的开发思想 CAPPCAPP系统的整个开发过程贯彻系统的整个开发过程贯彻从上向下从上向下和和从外向内从外向内的设计方法。的设计方法。 所谓从上向下的设计方法就是从抽象到具体的程序设计所谓从上向下的设计方法就是从抽象到具体的程序设计 方法，即从用户要求到系统设计；从外向内的设计方法方法，即从用户要求到系统设计；从

6、外向内的设计方法 是指先设计系统人机界面及输入输出接口，然后再设计是指先设计系统人机界面及输入输出接口，然后再设计 系统内部的程序结构，也就是将用户的要求放在首位，系统内部的程序结构，也就是将用户的要求放在首位， 体现用户第一的思想。体现用户第一的思想。 2 2、CAPPCAPP系统设计步骤系统设计步骤 常用中等规模的常用中等规模的CAPPCAPP系统的开发步骤可以分为系统的开发步骤可以分为11 11个步骤或个步骤或 阶段，实际开发中视具体情况可以将其中几个步骤或阶段阶段，实际开发中视具体情况可以将其中几个步骤或阶段 合并。合并。 1.系统需求分析系统需求分析 2.工艺标准化工艺标准化 3.系

7、统功能设计系统功能设计 4.系统详细设计系统详细设计 5.硬件及软件选择硬件及软件选择 6.接口及输入输出设计接口及输入输出设计 7.数据结构及数据库设计数据结构及数据库设计 8.编制系统规格说明书编制系统规格说明书 9.软件开发软件开发 10.编制文档编制文档 11.软件测试软件测试 1）系统需求分析）系统需求分析 1. 1.需求分析的目的需求分析的目的 确定系统的设计目标，确定设计的系统要完成哪些工作，确定系统的设计目标，确定设计的系统要完成哪些工作， 以及确定系统是商品化系统还是专用化系统，对以及确定系统是商品化系统还是专用化系统，对CAPPCAPP 系统来说，就是要确定工艺生成方式、零

8、件的种类、工系统来说，就是要确定工艺生成方式、零件的种类、工 艺类型以及用户的特殊要求等。艺类型以及用户的特殊要求等。 2.2.编写需求规格说明书编写需求规格说明书 按软件设计规范写出需求规格说明书。一般来说，系按软件设计规范写出需求规格说明书。一般来说，系 统要求越大，对需求规格说明书的要求就越详细。统要求越大，对需求规格说明书的要求就越详细。 工艺过程或工序的标准化 工艺术语、符号、代号的标准化 工艺文件的标准化 工艺要素与工艺参数的标准化 工艺操作方法的典型化与标准化 工艺装备的标准化 工艺管理的标准化 2）工艺设计的标准化）工艺设计的标准化 工艺设计标准化是工艺设计标准化是CAPPCA

9、PP系统开发的基础工作，一般系统开发的基础工作，一般 由用户来完成，在开发商品化的由用户来完成，在开发商品化的CAPPCAPP系统或系统或CAPPCAPP系系 统开发工具时，需要收集很多工艺表格，以便适用于统开发工具时，需要收集很多工艺表格，以便适用于 不同用户。不同用户。 工艺标准化的内容包括 3）CAPP系统的功能设计系统的功能设计 系统的功能设计也称之为（概要设计/总体设计） 1. 1.功能设计功能设计 指计算机软件必须完成的工作，也就是为了满足系统要指计算机软件必须完成的工作，也就是为了满足系统要 求和用户的使用方便性所必须完成的所有工作。系统各求和用户的使用方便性所必须完成的所有工作

10、。系统各 功能模块的确定是功能设计的主要任务。在开发商品化功能模块的确定是功能设计的主要任务。在开发商品化 的的CAPPCAPP系统中，系统中，功能模块功能模块的通用性设计是一个极为重的通用性设计是一个极为重 要的目标。要的目标。 2.2.数据流向图数据流向图 数据流向图数据流向图是软件设计中的一个重要的工具，它能清楚是软件设计中的一个重要的工具，它能清楚 地给出各种数据在系统中的流向。有了数据流向图，就地给出各种数据在系统中的流向。有了数据流向图，就 为后续的详细设计和编程带来很大的方便。为后续的详细设计和编程带来很大的方便。 某系统功能模块图某系统功能模块图 数据流图数据流图 1.将功能设

11、计产生的各个功能模块逐 步细化，形成若干程序模块； 2.运行详细设计工具对程序模块进行 过程描述； 3.确定各个模块之间的详细接口； 4.编写程序设计说明书； 5.对详细设计进行评审。 4）CAPP系统的详细设计系统的详细设计 1 1、主要任务、主要任务 对功能设计结果所产生的功能进行过程描述，开发可以对功能设计结果所产生的功能进行过程描述，开发可以 直接转换成程序语言代码的软件表示（伪代码）。详细直接转换成程序语言代码的软件表示（伪代码）。详细 设计阶段不是具体地编写程序，而是设计出程序的设计阶段不是具体地编写程序，而是设计出程序的“蓝蓝 图图”。程序员根据这些。程序员根据这些“蓝图蓝图”再

12、进行编码再进行编码 2、详细设计的步骤、详细设计的步骤 5）CAPP系统软硬件选择系统软硬件选择 1 1、硬件、硬件 包括计算机、打印机、数据库服务器等。包括计算机、打印机、数据库服务器等。 硬件选择时，应该首先满足硬件选择时，应该首先满足CAPPCAPP系统的运系统的运 行要求，其次才是方便性和经济性。行要求，其次才是方便性和经济性。 2 2、软件、软件 包括系统软件以及支撑软件，它们是计算机包括系统软件以及支撑软件，它们是计算机 操作系统、编程语言、数据库管理系统操作系统、编程语言、数据库管理系统 （DBMSDBMS）以及绘图软件等）以及绘图软件等 接口和输入输出 是用户与CAPP系统交换

13、信息、相互 作用的手段，以及CAPP与其他相关系统集成的桥梁 。接口的设计包括CAPP系统的输入输出和运行控制 两个方面。 CAPP系统的输入输出主要是零件的加工特征信息和 按用户规定的格式输出各种格式的工艺规程和一些统 计的资料，如工时定额表、工装品种表等。 软件的运行控制是指用户如何操作CAPP系统，如何 控制计算机运行以及如何与其他有关系统的集等。 注意：在CAPP系统中采用产品结构树和菜单是比较 常用的运行控制方法。 6）接口和输入输出设计）接口和输入输出设计 7）数据结构和数据库设计）数据结构和数据库设计 重要性重要性 它涉及数据库数据的存取速度，是否方便对数据库它涉及数据库数据的存

14、取速度，是否方便对数据库 数据进行修改以及发生某些灾难性错误的时能对数数据进行修改以及发生某些灾难性错误的时能对数 据进行恢复。另外，对据进行恢复。另外，对CAPPCAPP系统来说，由于许多数系统来说，由于许多数 据随工厂技术进步而变化，所以能否对所有数据用据随工厂技术进步而变化，所以能否对所有数据用 户进行方便的修改也是很重要的。户进行方便的修改也是很重要的。 注意：数据库数据结构的灵活性和通用性对商品化 软件更是极为重要 1.系统设计目标的说明：第一阶段确定的软件能够完成的工作。 2.系统用户定义：第二阶段确定的软件使用者是什么样的人。 3.描述功能模块和子模块：第三阶段和第四阶段所确定的

15、系统结构。 4.系统软件和硬件：第五阶段确定的运行软件需要哪些软硬件环境。 5.接口和输入输出需求：第六阶段确定的系统输入输出以及与其它系 统集成和人机交互的描述。 6.数据结构和数据库：第七阶段所确定的数据结构和数据库的描述。 8）编制系统规格说明书）编制系统规格说明书 规格说明是一种用于尽可能详细地描述软件的组成及其工作规格说明是一种用于尽可能详细地描述软件的组成及其工作 原理的文件，是设计者将设计方案加以形式化和具体化，并原理的文件，是设计者将设计方案加以形式化和具体化，并 明确地在规格说明中加以叙述明确地在规格说明中加以叙述, ,有了完善的规格说明，程序员有了完善的规格说明，程序员 的

16、工作就比较容易了，就像是进行一种从规格说明语言到程的工作就比较容易了，就像是进行一种从规格说明语言到程 序设计语言的翻译。序设计语言的翻译。 规格说明在各阶段所包含的信息 9 9）软件开发）软件开发 软件开发的两种方法：软件开发的两种方法： 1 1）一个一个模块顺序开发一个一个模块顺序开发。对较小的系统或一个模对较小的系统或一个模 块程序由一个人负责开发时可以采用这种开发方法。块程序由一个人负责开发时可以采用这种开发方法。 2 2）同时开发几个模块，然后连接起来同时开发几个模块，然后连接起来。此时，总体此时，总体 负责人应事先设计好连接方法（接口），一般较大负责人应事先设计好连接方法（接口），

17、一般较大 规模的软件系统都混合使用上述两种方法规模的软件系统都混合使用上述两种方法 软件开发是按照前述的内容，用某种开发工具编写程软件开发是按照前述的内容，用某种开发工具编写程 序代码。序代码。 10）编写软件文档）编写软件文档 软件文档主要包括两种：软件文档主要包括两种： 1、一种是、一种是软件设计说明书软件设计说明书，用于系统的维护；，用于系统的维护； 软件设计说明书的编写应和软件开发同时进行。软件设计说明书的编写应和软件开发同时进行。 2、另外一种是、另外一种是使用说明书使用说明书，用于向用户说明系，用于向用户说明系 统的功能和使用方法，以帮助用户了解系统，正统的功能和使用方法，以帮助用

18、户了解系统，正 确使用系统。使用说明书的编制在软件开发之后确使用系统。使用说明书的编制在软件开发之后 尽快进行；如有可能，也可以和系统开发同时进尽快进行；如有可能，也可以和系统开发同时进 行。行。 宏观意义上的软件包括软件文档，因为软件文档宏观意义上的软件包括软件文档，因为软件文档 也是软件的一部分。也是软件的一部分。 11）软件测试）软件测试 软件测试是软件被交付使用之前必须经历的阶段，是保软件测试是软件被交付使用之前必须经历的阶段，是保 证软件质量的重要步骤。证软件质量的重要步骤。 软件测试步骤：软件测试步骤： 首先首先是软件开发人员测试每个模块，最后是几个是软件开发人员测试每个模块，最后

19、是几个 模块连在一起进行测试。这种测试虽然能发现不模块连在一起进行测试。这种测试虽然能发现不 少错误，但仍然不是系统的，与程序员本人的思少错误，但仍然不是系统的，与程序员本人的思 想方法密切相关。所以还需要专门的测试人员对想方法密切相关。所以还需要专门的测试人员对 各个模块和整个软件进行系统的测试。高级程序各个模块和整个软件进行系统的测试。高级程序 员能够发现其他人常忽视的错误。员能够发现其他人常忽视的错误。 其次其次，将由软件的使用者对软件进行严格的检查。，将由软件的使用者对软件进行严格的检查。 使用者按照软件的使用说明书，检查系统是否达使用者按照软件的使用说明书，检查系统是否达 到了设计的

20、要求，是否能够完成规定的各种功能。到了设计的要求，是否能够完成规定的各种功能。 3 3、基于派生式及所见所得、基于派生式及所见所得CAPPCAPP系统设计系统设计 CAPP系统的所见所得特征实际上是采用了现代系统的所见所得特征实际上是采用了现代 计算机技术而方便用户使用的特点，包括输入和输出计算机技术而方便用户使用的特点，包括输入和输出 界面的基本一致、实现界面的基本一致、实现C/S网络、能实现资源共享的网络、能实现资源共享的 并能一定程度上实现并能一定程度上实现CAD/CAPP/CAM/PDM集成等。集成等。 1)基于派生原理并具有所见所得特征的基于派生原理并具有所见所得特征的CAPP特点特

21、点 2)系统设计开发的主要关键技术和设计步骤系统设计开发的主要关键技术和设计步骤 3)基于基于GT的派生式的派生式CAPP系统系统 4)基于特征的派生式基于特征的派生式CAPP系统系统 5)基于派生原理并具所见所得特征的基于派生原理并具所见所得特征的CAPP系统示例系统示例 1)基于派生原理并具有所见所得特征的基于派生原理并具有所见所得特征的CAPP特点特点 v1.基本特点基本特点 1）基本界面有产品结构树，可以方便的对产品节点及 其属性进行复制、增加、删除和修改等操作。 2）工艺生成基于派生原理并在工艺生成过程中，可以 方便的调用一些制造资源（如工夹具和机床、典型工艺 、工艺标准语句等）。

22、3）工艺输入界面、打印输出界面和工艺规程的格式一 致。 4）商品化的CAPP系统为了适应不同的用户需求，用 户可以自定义工艺表格格式并与数据集关联，而数据集 再与数据表关联。 5）工艺数据表存储方便灵活，不受字段多少的影响， 可适应不同工艺表格的设计。 v2.2.扩展特点扩展特点 1）基于局域网络。基于局域网络的CAPP系统为数据共享 和CAPP系统与其他信息系统的集成奠定了基础，当然也 对数据库和系统的运行提出了更多的要求。数据库一般采 用SQL Server、DB2和Oracle等数据库管理系统，因为其 性能比较优越。 2）数据的自动处理功能。主要处理各种数据汇总及数据共 享。 3）与PD

23、M集成。用PDM的管理功能来管理CAPP系统数 据，并方便的与其他数据的集成管理。 4）与CAD系统集成。目前的主要功能是：绘制工序图方 便，并与CAPP运行在一个集成环境中；CAD的BOM表可 以用于生成产品树。 1)基于派生原理并具有所见所得特征的基于派生原理并具有所见所得特征的CAPP特点特点 派生式派生式CAPP工作流程工作流程 1. 1.系统设计开发的主要关键技术系统设计开发的主要关键技术 1）产品树技术（节点及其属性的复制、更改、刷新等） 关键是当节点非常多的时候。如何提高显示刷新的速度。 目前主要采用产品树逐步展开的处理技术，有助于提高显 示刷新的速度。 2）所见所得特征的实施技

24、术 包括：如何实现输入界面 与输出界面一致；对查询到的资源数据（机床和工夹具等 ），点击后可自动填入到工艺表格的相应位置。 3）用户权限管理技术 在商品化的CAPP中，由PDM系统 来管理。 4）通用数据技术平台 在商品化的CAPP系统中，用户可 以自定义工艺卡片格式。此时，需要将工艺卡片、数据集 和数据存储表在系统的内部重新进行绑定，实现一个通用 的数据平台。 (见图示) 2)系统设计开发的主要关键技术和设计步骤系统设计开发的主要关键技术和设计步骤 商品化商品化CAPPCAPP通用平台示意图通用平台示意图 因为数据表的存储方式的灵活性（数据层）和工因为数据表的存储方式的灵活性（数据层）和工

25、艺表格与数据集能实现绑定（中间层），所以虽艺表格与数据集能实现绑定（中间层），所以虽 然面对用户的应用层在按用户的要求可以进行一然面对用户的应用层在按用户的要求可以进行一 些变化，但中间层和数据层可以保持不变。些变化，但中间层和数据层可以保持不变。 v2.设计开发步骤 1）收集用户的工艺卡片及相关的其他卡片格式，对商 品化系统的设计，需要收集相当数量的各种类型工艺卡 片及各种用户的要求，然后分析整理用户的需求。 2）按用户的要求进行方案的详细设计，并广泛征求用 户的意见。 3）解决关键技术并按设计方案进行软件开发。在开发 过程中，还需要经常与用户交流，以便适应用户的各种 需求。 4）软件测试

26、5）交互使用 6）收集使用中的反馈意见并进行改进，更新版本。 2)系统设计开发的主要关键技术和设计步骤系统设计开发的主要关键技术和设计步骤 3)基于基于GT的派生式的派生式CAPP系统系统 把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个零件族，对每个零件族设计出把尺寸、形状、工艺相近似的零件组成一个零件族，对每个零件族设计出 一个能覆盖族中零件所有特征的主样件，再对每个族的主样件制订一个最优的一个能覆盖族中零件所有特征的主样件，再对每个族的主样件制订一个最优的 工艺规程工艺规程 。 当制订某个零件的工艺规程时，用当制订某个零件的工艺规程时，用GT码描述和输入零件信息（包括有关几码描述和输入零件信息（包

27、括有关几 何和工艺参数等），经分类识别找到此零件隶属的族，调出该族的主样件工艺何和工艺参数等），经分类识别找到此零件隶属的族，调出该族的主样件工艺 文件，进行交互编辑、修改，形成新的工艺规程。文件，进行交互编辑、修改，形成新的工艺规程。 应用程序 工作要 素处理标准工艺文件 检索、编辑 打印 入编码 零件输 工艺规程 搜索查找 零件族 零件族矩 阵文件 程格式 存储器 工艺规程 标准加工 工序文件 检索、编辑标准 加工工序文件 工艺规 路线文件 标准工艺 特点：派生式CAPP系统带有浓厚的企业特色，通用性较差，应用范围有局限性 派生式派生式CAPP系统开发过程系统开发过程 派生式派生式CAPP

28、系统工作过程系统工作过程 基于基于GT的派生式的派生式CAPP系统开发过程系统开发过程 将零件图上的信息代码化：根据 产品的特点，选择或制订合适的 零件分类编码系统（即GT码） 手工编码、计算机编码 按编码系统对零件分类归族 零件分组的一条通用规则：组 内所有的零件必须具有相似性 主样件是一个零件组或零件族 的抽象，故其是一个复合零件 设计主样件的目的是为了制订 标准工艺和便于对标准工艺检索 选择零件分类编码系统 零件分类归族 设计主样件 基于基于GT的派生式的派生式CAPP系统开发过程系统开发过程 选择零件分类编码系统 零件分类归族 设计主样件 制订标准工艺规程 标准工艺规程的表达 工艺规程

29、的筛选 建立工艺数据库或数据文件 系统总体设计 按族整理出每族主样件的标准工艺路线 和相应的工序内容，即标准工艺规程 标准工艺规程包括主样件加工内容、加 工设备、刀具、夹具等信息，集中了专 家和工艺人员的集体智慧与经验 标准工艺规程可以用工序代码和工步代 码来表示 用工步代码表示标准工艺规 程为存储和调用标准工艺规程文件提供 了便利，而且从标准工艺规程中筛选出 当前零件的工艺规程也很方便 划分CAPP模块 各模块程序设计 CAPP系统联调 基于基于GT的派生式的派生式CAPP系统工作过程系统工作过程 对欲编对欲编 工艺零件工艺零件 进行编码进行编码 检索该零件检索该零件 所属零件族所属零件族

30、调出典型零件调出典型零件 的工艺过程的工艺过程 编辑修改典型编辑修改典型 零件工艺零件工艺 输出输出 零件工艺零件工艺 工艺工艺 文件文件 零件零件 4)基于特征的派生式基于特征的派生式CAPP系统系统 基于特征的派生式工艺决策方法基于特征的派生式工艺决策方法(Case Based Process Plann(Case Based Process Plann inging，CBPP)CBPP)是是CAPPCAPP系统开发中的重要内容，基本思想是利系统开发中的重要内容，基本思想是利 用已解决问题的结果求解新问题，是基于实例的推理用已解决问题的结果求解新问题，是基于实例的推理(Case B(Cas

31、e B ased Reasoningased Reasoning，CBR)CBR)方法在方法在CAPPCAPP中的应用和发展。中的应用和发展。 主要特点：便于知识的获取；比较符合生产实际；效率高；主要特点：便于知识的获取；比较符合生产实际；效率高； 具有自学习功能具有自学习功能 v系统的主要思路系统的主要思路 v实例的获取与表达实例的获取与表达 v样件与实例的管理样件与实例的管理 v样件与实例管理器样件与实例管理器 v系统的推理策略系统的推理策略 基于特征的派生式系统主要思路基于特征的派生式系统主要思路 分类索引树是动态的，用户可方便地创建实例分类索 引树和对树进行维护和管理，在树的任何一层自

32、定义 零件类和修改零件类 用工序工步二叉树（或其它模型）描述零件的工艺 规程或标准工艺规程，对零件信息和工艺信息进行准确 完备的描述 1）用基于特征的零件信息模型取代GT码 3）用样件(或实例)分类索引树来取代零件分组 4）用基于特征的推理代替基于零件族矩阵的工艺过程筛选策略 以基于特征的零件信息模型为依据，在基于特征的标 准工艺规程中自动匹配和筛选当前零件的工艺规程 2）在样件的基础上增加了实例的概念 实例是系统中已有的工艺规程及其相应的零件信息的集合 实例的获取与表达实例的获取与表达 实例的获取实例的获取 实例来源： 1 1）工艺专家确认的）工艺专家确认的 CAPP CAPP 系统本身产系

33、统本身产 生的工艺设计结果及其对应的零件生的工艺设计结果及其对应的零件 信息信息 2 2）人工编制、整理并输入系统的标准）人工编制、整理并输入系统的标准 工艺规程及其对应的零件信息工艺规程及其对应的零件信息 为便于对实例的搜索和管理，一为便于对实例的搜索和管理，一 般只将有一定代表性的实例存入实般只将有一定代表性的实例存入实 例库中，而且为实例的管理和抽取例库中，而且为实例的管理和抽取 制定了一定的策略和算法制定了一定的策略和算法 实例存盘？ 实例归类 当前零件所属的零 件实例存在否？ 实例库 创建新实例 工艺决策 返回 N N N N Y Y Y Y 实例的表达实例的表达 实例和样件的概念尽

34、管不尽相同，但它们都包括零件信 息和与之相应的工艺信息，因此实例的表达方式与零件 信息和工艺规程的表达方式相同 样件与实例的管理样件与实例的管理 分类树是一种动态数据结构，系统开 发者不必事先对零件进行繁琐的分类和建 立相应的样件库与实例库，而将该树的数 据结构、建立方法和维护方法用软件的形 式提供给用户，为用户提供建立分类索引 树和实例库的工具或平台 ，方便用户根 据自己的实际需要建立形式和内容各异的 分类索引树，从而建立起自己的样件库与 实例库，以此为基础进行基于特征的派生 式工艺设计 零件类节点零件类节点 实例属性表 父实例类 前一个实例 下一个实例例 nextnext priorpri

35、or fatherfather infoinfo 实例节点实例节点 系统开发者和用户分别完成两 个相对独立部分，大大增加了 系统的灵活性和通用性，能满 足各种不同用户的需要 为便于对样件与实例的管理、抽取或搜索，构造零件分类索引树对为便于对样件与实例的管理、抽取或搜索，构造零件分类索引树对 样件与实例进行管理和维护样件与实例进行管理和维护 样件1 实例1 样件n 实例n 子类 父类 兄类 casecase sample sample next next priorprior sonson fatherfather infoinfo 零件类属性表 弟类 样件与实例管理器样件与实例管理器 样件与实

36、例管理器用来完成样件与实例的管理 和维护 工艺数据库与知识库 CAPP 样件/实例管理器 样件/实例库 输入输入 样件样件/ /实例入库实例入库 输出输出 样件样件/ /实例抽取实例抽取 用户可在管理器界面引导下方便地创建 零件分类索引树，在已创建的分类索引树的 任何一层自定义零件类或子类，也可以对已 定义过的类进行删除、更名与查看属性等操 作，还可以对样件或实例内容进行编辑修改 CAPP系统在运行中，用户可随时在分类 索引树界面的引导下，准确快捷地抽取所需 实例，或将有关样件或实例按类存入实例库 中 用户也可选择由系统自动抽取样件或实例 ，或将有关样件与实例自动存入实例库中 基于特征的派生式

37、基于特征的派生式CAPP系统的推理策略系统的推理策略 在样件与实例管理界面的引导下，从分类树树根开始，用人机交互的方 式逐层搜索，寻找当前零件所属的零件类 找到当前零件所属的零件类后，系统自动计算当前零件与该零件所属类 中的样件或所有实例的相似性系数ks，并将ks最大的样件或实例按先后次 序列表显示，供用户选用。 用户随时可查看所列样件或实例的有关属性，进一步确定该样件或实例 是否可用，选择满意的样件或实例进行基于特征的派生式工艺设计 以当前零件信息和实例分类索引树为依据。两种实例抽取方法： 人机交互人机交互抽取法抽取法 自动抽取法自动抽取法 系统以当前零件信息作为依据，从分类索引树树根开始，

38、进行广度 优先搜索，确定当前零件所属的零件类 计算出当前零件与该零件所属类中的样件或实例的相似系数ks后，系 统自动取ks值最大的样件或实例为依据进行工艺设计 若推理结果不满意，用户可以取其他样件或实例进行工艺设计 1. 1.样件或实例的抽取样件或实例的抽取 基于特征的派生式基于特征的派生式CAPP系统的推理策略系统的推理策略 2.样件或实例推理与修正样件或实例推理与修正 推理推理 样件(实例)推理 ：将零件的几何形状 、特征信息和样件或 实例的几何形状、特 征信息进行比较和匹 配，决定样件工艺规 程中哪些工序或工步 被保留，哪些被删除 实例搜索成功？ 读入实例信息 转创成式工艺设计或工 艺规

39、程检索与编辑子系 统或实例数据与知识管 理子系统 N Y 主特征与特征匹配？ 辅特征匹配？ 删除此主特征的所 有工序或工步 删除此辅特征的所 有工序或工步 辅特征完成？ 主特征完成？ 转下一辅特征 转下一主特征 在加工方法规则库中搜索或人机交互补充没匹配 上的形状特征的加工方法（加工链） 沿着已生成的工艺规则插入没匹配 上的形状特征的加工方法 接工艺规程主干修正模块(必要时) N N N N Y Y Y Y 基于特征的派生式基于特征的派生式CAPP系统的推理策略系统的推理策略 修正原因：修正原因： v 材料相同的零件，其热处理工艺和要求可能不同 v 原始状态（毛坯）不同，下料工序也不同 v 为

40、简化过程只考虑零件的形状特征，推理时未考虑精度要 求，可能出现当前零件某些形状特征精度较低但却有精加工 工序情况 v 样件或实例工艺中的定位装夹方法与实际被设计零件的定 位装夹方法可能不同，要重新确定零件的定位装夹方式 v 当前零件的尺寸与精度以及形位公差、甚至材料及热处理 方式等可能与实例不同，推理得到的有关工序尺寸、切削用 量与刀具等可能与实际不符 修正方法修正方法： a. a. 传统决策方法，修改方法固化在程序中传统决策方法，修改方法固化在程序中 b. b. 专家系统方法，利用产生式规则进行修正专家系统方法，利用产生式规则进行修正 相似系数相似系数ks的计算的计算 ksks是用于衡量当前

41、零件与有关样件或实例相似程度的一个参数是用于衡量当前零件与有关样件或实例相似程度的一个参数 thap tthhaapp s aaaa kakakaka k k kp p主特征匹配率；主特征匹配率； k ka a辅特征匹配率；辅特征匹配率； k kh h总体信息匹配率；总体信息匹配率； k kt t精度匹配率；精度匹配率； a ap p，a aa a，a ah h，a at t分别为相应的加权系数，一般取分别为相应的加权系数，一般取 a ap p=1=1，a aa a=0.5=0.5，a ah h=0.25=0.25，a at t=0.25=0.25 若若ks=1ks=1 表示该实例与当前零件完

42、全匹配；表示该实例与当前零件完全匹配； 若若0.7 ks10.7 ks1 认为基本匹配；认为基本匹配； 若若ks0.7ks0.7 表示该实例与当前零件的匹配情况不理想，表示该实例与当前零件的匹配情况不理想， 建议采用基于规则的创成法或其它方法进行建议采用基于规则的创成法或其它方法进行 工艺设计工艺设计 1.实用型系统示例 1）产品结构树（基于SQL Server数据库） 产品结构树中 ，可以分为产品、部件、零件等层次。对节点及其属性的 操作用右键菜单。节点的属性存储在属性数据表中，包括 项目代号，零件名称，零件号和毛坯类型等。 2）输入与预览 对自制的零件节点可以点击该点，即可打 开该零件的工

43、艺输入界面。 3）权限管理 对不同角色的工艺人员在系统中的操作权进 行管理， 4）数据表存储格式固定 5）与生产计划集成 工艺过程是编制生产计划的依据，各 个零件的工序和工时将自动导入生产数据临时存储表，为 生产计划编制提供基础数据。 5）基于派生原理并具所见所得特征的基于派生原理并具所见所得特征的CAPP系统示例系统示例 v 2.商品化CAPP系统示例 以清华天河CAPP系统（THCAPP）为例加以说明 。THCAPP是一个居于C/S架构的网络CAPP系统 ，后台数据库为Oracle。 THCAPP特点 产品树和节点操作 输入输出界面一致 与PDM集成 与CAD集成 部件节点上的汇总表格 资

44、源查询 5）基于派生原理并具所见所得特征的）基于派生原理并具所见所得特征的CAPP系统示例系统示例 4、回转类零件半创成式、回转类零件半创成式CAPP系统设计系统设计 以以GT为基础的半创成式为基础的半创成式CAPP系统沿用派生式的检索系统沿用派生式的检索编编 辑原理，但生成和编辑工序时引入了创成式的决策逻辑。辑原理，但生成和编辑工序时引入了创成式的决策逻辑。 由于由于CAPP系统是面向企业的实用软件，要建立完全创成式系统是面向企业的实用软件，要建立完全创成式 的的CAPP系统在目前是很困难的，因此，半创成式系统在目前是很困难的，因此，半创成式CAPP系系 统是目前实用型统是目前实用型CAPP

45、系统的主要形式。系统的主要形式。 本节以适用于柴油机中回转类零件的本节以适用于柴油机中回转类零件的HCCAPP系统为例叙系统为例叙 述回转类零件半创成式述回转类零件半创成式CAPP系统的设计。系统的设计。 4、回转类零件半创成式、回转类零件半创成式CAPP系统设计系统设计 v1)零件分类编码 v2)零件分类归族 v3 )复合工艺编制 v4 )零件族的搜索和复合工艺的检索 v5 )零件特征表面信息 v6 )工艺的生成与编辑 v7 )半创成式CAPP系统的工序设计 v8 )工艺文件的输出 回转类零件半创成式回转类零件半创成式CAPP系统开发步骤系统开发步骤 1)1)零件分类编码零件分类编码 零件分

46、类编码是以GT为基础的CAPP系统描述零件、分类归族 以及检索零件族复合工艺的基础 选用分类编码系统的原则选用分类编码系统的原则 选择零件分类编码系统最好能选有已有的比较成熟的编码系 统，如果已有的编码系统不能满足本企业的需要，可以对已 有的编码系统按照本企业零件特点作出部分修改，以形成适 合本企业的专用编码系统。 HCCAPP系统使用的编码系统是根据某厂回转类零件的特 点，对KK-3系统加以修改而成的。系统结构图。 HCCAPP系统中的编码模块采用人机交互方式编制零件GT码， 用菜单提示 柴油机回转类零件专用编码系统结构柴油机回转类零件专用编码系统结构 KK-3 KK-3 编码系统编码系统

47、HCCAPP系统使用的编码系统 2）零件的分类归族）零件的分类归族 1.零件族的形成 2.零件族形成的通用规则 复合工艺设计是以零件族为基础的，零件族的形 成又是依据产品零件相似性的，即是以零件的设 计和制造特征为基础，形状和工艺相似的零件被 归并在同一零件族中。 零件族形成的一条通用的规则是族内所有零件必 须具有相似性，对于工艺过程设计来说，一个族 中所有的零件必须是有相似的工艺过程。 HCCAPP系统采用分类编码法形成零件族。 3)3)复合工艺复合工艺 零件复合工艺过程是针对一个零件族的全部零件进行工艺设计， 即要求复合工艺过程能适合同一族的全部零件。 零件复合工艺过程的编制原则零件复合工

48、艺过程的编制原则 复合工艺应保证零件族内任一零件都能达到图样规定复合工艺应保证零件族内任一零件都能达到图样规定 的技术要求。的技术要求。 复合工艺过程应该使同一零件族的全部零件有同一的复合工艺过程应该使同一零件族的全部零件有同一的 工艺路线。工艺路线。 所编制的复合工艺过程应是符合工厂生产条件的优化所编制的复合工艺过程应是符合工厂生产条件的优化 工艺过程。工艺过程。 复合工艺采用的工序名称及相关属于应规范化，并要复合工艺采用的工序名称及相关属于应规范化，并要 按照工厂的习惯确定工序的内容及其相应的工序代码，按照工厂的习惯确定工序的内容及其相应的工序代码， 以方步工艺的编辑处理和程序编制。以方步

49、工艺的编辑处理和程序编制。 复合工艺的表示复合工艺的表示零件族的复合工艺过程可用一组称为工序零件族的复合工艺过程可用一组称为工序 代码（代码（Operation Code）的字符串来表示。它是代表一定作）的字符串来表示。它是代表一定作 业内容的标准工序的代码，它可以简化工艺过程的表达，有利业内容的标准工序的代码，它可以简化工艺过程的表达，有利 于计算机编辑处理工艺过程，便于计算机程序的编制于计算机编辑处理工艺过程，便于计算机程序的编制 4）零件族的搜索和复合工艺的检索）零件族的搜索和复合工艺的检索 派生式和半创成式派生式和半创成式CAPP系统的系统的 工作工作原理原理首先检索零件族的首先检索零

50、件族的 复合工艺，然后通过编辑修改复复合工艺，然后通过编辑修改复 合工艺生成具体零件的工艺，因合工艺生成具体零件的工艺，因 此，如何根据零件的此，如何根据零件的GT码搜索码搜索 零件族是此类系统设计的一个重零件族是此类系统设计的一个重 要环节。要环节。 零件族的搜索可以看作是把零零件族的搜索可以看作是把零 件族矩阵与一个给定的零件件族矩阵与一个给定的零件GT 码相匹配。零件族矩阵可以看码相匹配。零件族矩阵可以看 成是屏蔽，只要一个零件成是屏蔽，只要一个零件GT码码 能成功地通过屏蔽，就可以找能成功地通过屏蔽，就可以找 到这个零件族，并调用该族的到这个零件族，并调用该族的 复合工艺。复合工艺。

51、零件族搜索的原理框图 5）零件特征表面信息）零件特征表面信息 CAPP系统设计工作的首要任务是之一就是系统设计工作的首要任务是之一就是如何描述如何描述零件特征表面零件特征表面 的形状、尺寸、精度和表面粗糙度，以及热处理、材料和毛坯类型的形状、尺寸、精度和表面粗糙度，以及热处理、材料和毛坯类型 等信息并等信息并输入到计算机输入到计算机。 对于要满足详细工序卡和工序图要求的半创成式对于要满足详细工序卡和工序图要求的半创成式CAPP系统，采用系统，采用 代码法描述零件不能满足系统所需的信息要求。对于回转体零件，代码法描述零件不能满足系统所需的信息要求。对于回转体零件， 需要进行零件的需要进行零件的特

52、征造型特征造型并按照特征表面描述法的要求组织特征表并按照特征表面描述法的要求组织特征表 面信息。面信息。 根据根据特征表面描述法特征表面描述法原理将回转类零件表面分为原理将回转类零件表面分为15种主特征和种主特征和38 种辅助特征种辅助特征。 主特征主特征是特征造型生成的是特征造型生成的 辅助特征辅助特征有些是两个主特征之间的过渡表面，有些是主特征生有些是两个主特征之间的过渡表面，有些是主特征生 成后自然形成的。成后自然形成的。 1）零件总体信息，包括产品型号、部件 号、零件名称个、图号、材料、毛坯、 批量、零件GT码等。 2）主特征、辅助特征、轴向尺寸（包括 公差）和端面的表面粗糙度等。 5

53、）零件特征表面信息）零件特征表面信息 两类特征信息的组织采用从左到右、先内后外、先主两类特征信息的组织采用从左到右、先内后外、先主 特征后辅助特征的次序进行。其信息包括以下内容：特征后辅助特征的次序进行。其信息包括以下内容： 6）工艺的生成与编辑）工艺的生成与编辑 HCCAPP系统工艺路线的生成是利用派生式原理，即按成组技系统工艺路线的生成是利用派生式原理，即按成组技 术原理，对零件进行分类编码、划分零件族并编制复合工艺，术原理，对零件进行分类编码、划分零件族并编制复合工艺， 在生成具体零件工艺时，对检索的零件族复合工艺进行编辑修在生成具体零件工艺时，对检索的零件族复合工艺进行编辑修 改，生成

54、零件的工艺路线。改，生成零件的工艺路线。 HCCAPP系统工艺路线的编辑是依据系统工艺路线的编辑是依据GT码，并由码，并由 工艺决策模型自动进行筛选。工艺决策模型自动进行筛选。 1.加工链设计 2.利用加工链进行工艺决策 1.加工链设计加工链设计 不管零件如何复杂，都可以看作是由各种待加工的特征表不管零件如何复杂，都可以看作是由各种待加工的特征表 面构成。各特征加工表面加工方法的选择就是工艺过程设面构成。各特征加工表面加工方法的选择就是工艺过程设 计的基础。计的基础。 每一种特征表面一般要经过不同的加工工序达到其各方面每一种特征表面一般要经过不同的加工工序达到其各方面 加工要求，加工方法的选择

55、就是加工工序序列的选择。加工要求，加工方法的选择就是加工工序序列的选择。 特征表面的加工工序序列表示特征表面的加工工序序列表示 1122 , nn SP F P FP F 1.加工链设计加工链设计 正向设计就是从毛坯状态开始，逐步选择合理的加工 方法 ，直到能加工出符合最终目标要求的零件状 态为止。 反向设计则是从零件特征表面的最终要求开始，反向 逐步选择合适的加工方法 ，直至选择出无需预 加工的加工方法为止，这时所选的加工过程实际上相 当于反向“填充”的过程。反向设计方法符合实际工 艺过程设计的传统习惯。 12 , n P PP 11 , nn PPP 确定工序序列的过程，既可以采用确定工序

56、序列的过程，既可以采用正向设计正向设计，也可以采用，也可以采用反向设计反向设计。 工序序列设计方法工序序列设计方法 1.加工链设计加工链设计 加工链加工链 在在CAPP系统设计时，一般选择加工方法是直接根据零件特征表系统设计时，一般选择加工方法是直接根据零件特征表 面的最终要求，直接选择加工特征表面的加工序列，即面的最终要求，直接选择加工特征表面的加工序列，即加工链加工链。 加工链可描述为加工链可描述为：在一定的工艺条件下，加工某特征表面，为：在一定的工艺条件下，加工某特征表面，为 达到预定的工艺要求所采用的加工路线（加工步骤）的字符串达到预定的工艺要求所采用的加工路线（加工步骤）的字符串 表

57、达形式。表达形式。 1.6 a Rm例如：加工精度登记为例如：加工精度登记为IT7，表面粗糙度为，表面粗糙度为 ，最终热处理，最终热处理 硬度小于硬度小于HRC32的黑色金属材料的外圆柱面，加工路线为粗车的黑色金属材料的外圆柱面，加工路线为粗车 外圆外圆半精车外圆半精车外圆精车外圆，根据工序代码，改圆柱面的加精车外圆，根据工序代码，改圆柱面的加 工路线可表示为工路线可表示为121624数码串，也即加工链为数码串，也即加工链为121624。由此。由此 可见，将各特征表面加工方案转化为加工链，有利于计算机识可见，将各特征表面加工方案转化为加工链，有利于计算机识 别、推理。别、推理。 2.利用加工链

58、进行工艺决策利用加工链进行工艺决策 加工链决策方法很多，本文中加工链决策模型是根据生成的零加工链决策方法很多，本文中加工链决策模型是根据生成的零 件特征表面加工链文件，对复合工艺文件的各主要工序进行匹件特征表面加工链文件，对复合工艺文件的各主要工序进行匹 配比较来编辑工艺，即根据输入的集合信息和工艺信息，生成配比较来编辑工艺，即根据输入的集合信息和工艺信息，生成 零件各特征表面的加工链，再根据加工链对复合工艺进行编辑。零件各特征表面的加工链，再根据加工链对复合工艺进行编辑。 加工链编辑过程的原理加工链编辑过程的原理 首先对复合工艺路线的主要加工工序进行搜索，把搜索到的主首先对复合工艺路线的主要

59、加工工序进行搜索，把搜索到的主 要工序与零件的加工链文件中的特征表面加工链的工序序列进要工序与零件的加工链文件中的特征表面加工链的工序序列进 行对比，如果两者能对应，就保留该信息，否则就删除。行对比，如果两者能对应，就保留该信息，否则就删除。 例如，在工艺路线中检索到精车工序（工序代码为例如，在工艺路线中检索到精车工序（工序代码为24），该零），该零 件的加工链文件中存在一个加工链为件的加工链文件中存在一个加工链为121624，说明加工链中有，说明加工链中有 粗车、半精车、精车工序，在编辑工艺路线时要保留精车工序，粗车、半精车、精车工序，在编辑工艺路线时要保留精车工序， 反之则删除。反之则删除

60、。 7）半创成式）半创成式CAPP系统的工序设计系统的工序设计 零件的工艺路线生成后，接着就要进行工序设计，工零件的工艺路线生成后，接着就要进行工序设计，工 序设计的内容包括序设计的内容包括安排操作内容及顺序安排操作内容及顺序，确定工序内确定工序内 容及工序尺寸容及工序尺寸，以及，以及选择切削参数选择切削参数、工时定额工时定额等。等。 1.工步内容的生成和次序的编排工步内容的生成和次序的编排 2.工序尺寸计算工序尺寸计算 3.工序图绘制工序图绘制 4.切削参数和公式定额计算切削参数和公式定额计算 本文是以本文是以HCCAPP系统为例说明工序设计系统为例说明工序设计 1.工步内容的生成和次序的编